1、第3章 水力侵蝕1凌云書屋2凌云書屋水力侵蝕的定義 水力侵蝕（water erosion）是指在降雨雨滴擊濺、地表徑流沖刷和下滲水分作用下，土壤、土壤母質及其他地表組成物質被破壞、剝蝕、搬運和沉積的全部過程。 水力侵蝕也簡稱水蝕。3凌云書屋本章學習目標分析水力侵蝕發生機制及其發展規律闡述影響水力侵蝕的各種因素掌握防治水力侵蝕的基本原理和方法4凌云書屋3.1 水及水流的基本特性3.2 濺蝕3.3 面蝕3.4 溝蝕3.5 山洪侵蝕3.6 海岸、湖岸及庫岸侵蝕3.7 水力侵蝕防治本章目錄5凌云書屋3.1 水及水流的基本特性3.1.1 作用于水流的力 慣性力 重力 黏滯力 彈性力 表面張力 6凌云書屋

2、3.1.2 水流的基本流態 水流可以分為層流和紊流兩種基本流態。 層流的水質點有一定的軌跡，與鄰近的質點作平行運動，彼此互不混亂。 紊流的水質點呈不規則運動，并且相互干擾，在水層與水層之間夾雜了大小不一的漩渦運動。7凌云書屋3.1.3 水流剝蝕作用 水流剝蝕也就是地表泥沙被水流帶走。 剝蝕過程中沙粒可以呈滑動或滾動形式運動。8凌云書屋黃河河岸的剝蝕9凌云書屋3.1.4 水流搬運作用 泥沙的搬運形式可分為推移和懸移兩大類。這兩種形式運動的泥沙分別稱為推移質及懸移質。推移質 河床床沙(靜止)懸移質床面流速空氣水10凌云書屋含沙量：單位體積渾水中所含的沙量。水流挾沙力：在一定的水流條件下，能夠挾運泥

3、沙的數量。 含沙量挾沙力時 泥沙沉積含沙量挾沙力時 河床沖刷含沙量挾沙力時 不沖不淤11凌云書屋黃河水流搬運12凌云書屋3.1.5 水流堆積作用 當泥沙的來量大于水流的挾沙力時，多余的泥沙就要沉積下來。13凌云書屋黃河泥沙的沉積14凌云書屋 定義：在雨滴擊濺作用下土壤結構破壞和土壤顆粒產生位移的現象稱為雨滴擊濺侵蝕(rain drop splash erosion)，簡稱為濺蝕（splash erosion）。3.2 濺蝕15凌云書屋3.2.1 雨滴特性 雨滴特性包括雨滴形態、大小及雨滴分布、降落速度、接地時沖擊力、降雨量、降雨強度和降雨歷時等，直接影響侵蝕作用的大小。 一般小雨滴（0.25m

4、m）為圓形；大雨滴（5.5mm）開始為紡錘形，在其下降過程中因受空氣阻力作用而呈扁平形，兩側微向上彎曲。（穩定雨滴、暫時雨滴） 16凌云書屋 降雨雨滴動能作用于地表土壤而做功，導致土粒分散，濺起和增強地表薄層徑流紊動等現象稱為雨滴濺蝕作用或擊濺侵蝕。 擊濺侵蝕引起土粒下移的數量稱為濺蝕量。17凌云書屋濺蝕過程 無雨滴 干土濺散 泥漿濺散 地表板結18凌云書屋19凌云書屋濺蝕的主要表現破壞土壤結構，分散土體或土粒，造成土壤表層孔隙減少或者堵塞，形成板結引起土壤滲透性下降，利于地表徑流形成和流動。直接打擊地表，導致土粒飛濺并沿著坡面向下遷移。雨滴的打擊增強了地表薄層徑流的紊動強度，導致降雨侵蝕和地

5、表徑流的輸沙能力增大。20凌云書屋影響濺蝕的因素氣候因素 雨型、降雨強度、風力作用地形因素 坡度和坡向土壤因素 種類、黏粒、有機質含量、團粒結構多少植被因素 植被和枯枝落葉層21凌云書屋3.3 面蝕 定義：分散的地表徑流沖走地表土粒稱之為面蝕(surface erosion)。 面蝕廣泛地存在于自然界坡度大于0的斜面上，其主要侵蝕特征是分散的地表徑流從地表帶走表層的松散土粒和土塊。22凌云書屋面蝕主要發生在沒有植被覆蓋或植被稀少的土地上。按發生的地質條件、土地利用現狀和發生程度不同，面蝕可分為層狀面蝕、砂礫化面蝕、鱗片狀面蝕和細溝狀面蝕。23凌云書屋層狀面蝕24凌云書屋砂礫化面蝕25凌云書屋鱗

6、片狀面蝕26凌云書屋細溝狀面蝕27凌云書屋3.3.1 坡面徑流形成蓄滲階段 蓄滲階段一般包括植物截留、下滲和填洼三個部分。植物截留是雨水在植物葉面吸著力、承托力、重力和水分子內聚力作用下的葉面水分儲存現象。其截留量一般為幾毫米。 當降雨量大于植物截留和下滲量時，雨水便在一些分散的洼地停蓄起來，這種現象稱為填洼。填洼量可達10100mm。28凌云書屋漫流階段 隨著植物截流和填洼過程的結束，水分主要入滲土壤，而土壤入滲率隨著時間的延續而逐漸減弱，當降雨強度超過土壤的入滲率時，地表即開始形成地表徑流。（降雨量、降雨強度、入滲能力、植被和地形等） 分散的地表徑流也可稱為坡面徑流。它的形成分兩個階段：坡

7、面漫流階段和全面漫流階段。29凌云書屋3.3.2 坡面侵蝕過程 層狀侵蝕：能量不大、沖刷力微弱，只能較均勻地帶走土壤表層中細小的呈懸浮狀態的物質和一些松散物質。 細溝侵蝕：當地表徑流沿坡面漫流時，坡面水流的沖刷能力便大大增加，產生強烈的坡面沖刷。 細溝的出現，標志著面蝕的結束和溝道水流侵蝕的開始。30凌云書屋31凌云書屋3.3.3 面蝕的影響因素：氣候因素降雨強度和前期降雨地形因素坡度，坡長，坡形，坡向土壤因素 土壤的抗蝕性：是指土壤抵抗徑流對其分散和懸浮的能力。 土壤的抗沖性：是指土壤抵抗徑流對其機械破壞和推動下移的能力。32凌云書屋 土壤質地，土壤結構及其水穩性，土壤孔隙，剖面構造，土層厚

8、度，土壤濕度，土地利用方式等。 土壤越黏重，膠結物越多，抗蝕性越強。腐殖質能把土壤膠結成穩定團聚體和團粒結構，因而含腐殖質多的土壤抗蝕性強。 土壤的抗沖性可以用土塊在水中的崩解速度來判斷，崩解速度越快，抗沖能力越差；有良好植被的土壤，在植物根系的纏繞下，難于崩解，抗沖能力較強。 土壤結構性越好，總孔隙度越大，其透水性和持水量就越大，土壤侵蝕就越輕。 植被因素 人為因素33凌云書屋3.4 溝蝕 集中的地表徑流沖刷地表，切入地面帶走土壤、母質及基巖，形成溝壑的過程稱之為溝蝕(gully erosion)。 溝蝕是地表徑流集中沖蝕土壤和母質并切入地面形成溝壑的一種侵蝕形態。34凌云書屋3.4.1 侵

9、蝕溝的形成 侵蝕溝是在水流不斷下切、側蝕，包括由切蝕引起的溯源侵蝕和沿程侵蝕，以及侵蝕物質隨水流懸移、推移搬運作用下形成的。35凌云書屋36凌云書屋37凌云書屋 坡面降水經過復雜的產流和匯流，順坡面流動，水量增加、流速加大，出現水流的分異與兼并，形成許多切入坡面的線狀水流，稱為股流或溝槽流。水流的分異與兼并是地表非均勻性和水流能量由小變大，共同造成的。 引起地表非均勻性的原因有： 地表凹凸起伏差異； 地表物質抗蝕性強弱、滲透強度、顆粒組成大小的差異； 地表植被覆蓋上的差異。38凌云書屋 根據發生部位侵蝕溝又可分為原生侵蝕溝和次生侵蝕溝。 原生侵蝕溝是發生在斜坡坡面的侵蝕溝。 次生侵蝕溝是再次下

10、切水文網底部而形成的侵蝕溝。39凌云書屋3.4.2 侵蝕溝的發育階段溯源侵蝕階段縱向侵蝕階段橫向侵蝕階段停止階段40凌云書屋 第一階段的侵蝕溝形態41凌云書屋第三階段的侵蝕溝形態第二階段的侵蝕溝形態第三階段的侵蝕溝形態42凌云書屋第四階段侵蝕溝43凌云書屋3.4.3 影響侵蝕溝發育的自然因素匯水面積坡度和坡長土壤結構植被條件人為因素44凌云書屋 匯水面積是保證淺溝形成發育的首要條件，有了足夠大的匯水面積，才能夠形成足以進行淺溝侵蝕的水流。45凌云書屋3.5 山洪侵蝕 定義：山區河流洪水對溝道堤岸的沖淘、對河床的沖刷或淤積過程稱之為山洪侵蝕(torrential flood erosion)。4

11、6凌云書屋3.5.1 山區洪水類型 依照成因不同,可將山洪分為以下幾種。 由短歷時大暴雨形成的局地性山洪； 由中等歷時的一次暴雨過程所形成的區域性山洪； 由長時間大范圍的連續淫雨，并有多個地區多次暴雨組合產生的大范圍淫雨性山洪。47凌云書屋3.5.2 山洪時空分布一次山洪季節分布年際變化48凌云書屋 一次山洪 在流域面積、降水強度、歷時相等的情況下，狹長形坡度較緩的流域匯流歷時長，洪峰流量小，洪水歷時長。而漏斗形坡度較陡的流域匯流歷時短，洪峰流量大，洪水歷時短。植被條件較好的流域洪峰流量小。49凌云書屋 季節分布 每年春夏之交我國華南地區暴雨開始增多，洪水發生機率隨之加大，受其影響的珠江流域在

12、5、6月易發山洪，6、7月主雨帶北移，受其影響的長江流域易發生山洪。7、8月華東、華北、東北地區，淮河流域、黃河流域、海河流域、遼河流域易發生山洪。50凌云書屋 年際變化 山洪在年際分布上表現為不規律性，很難準確預報。就近80年的資料來看，山洪在不同時期發生頻次也很不均勻，常在某一時段形成頻發期，而在另一時期則很少發生。 51凌云書屋3.5.3 影響山洪因素暴雨地形植被人類活動52凌云書屋3.5.4 山洪侵蝕特征 突發性 侵蝕強烈 53凌云書屋3.5.5 山洪沉積物特征 洪積扇分選性較明顯。 距溝口越近，組成物質越粗，反之越細。 54凌云書屋55凌云書屋3.6 海岸、湖岸及庫岸侵蝕3.6.1

13、海岸帶劃分 海洋水體與陸地的接觸稱為海岸帶。海岸帶自陸向海可分為海岸、潮間帶和水下岸坡三部分。 陸地上湖岸帶的劃分與海岸帶類似，只是規模小一些。56凌云書屋57凌云書屋3.6.2 海浪、湖浪及庫浪形成 海洋中的波浪主要是風作用于海面將其能量傳遞給海水所發生的現象。 波浪對海岸作用的大小決定于波浪的能量E，其大小與波高的二次方、波長的一次方成正比，因此，波浪愈大，尤其是波高愈大，波能就愈大，其對海岸的侵蝕作用也愈強。 58凌云書屋3.6.3 波浪的侵蝕作用 當波浪以巨大的能量沖擊海岸時，水體本身的壓力和被其壓縮的空氣，對海岸產生強烈的破壞，即沖蝕作用。 當波浪水體夾帶巖塊或礫石時，其侵蝕力更大，

14、這即是磨蝕作用。 若海岸為含有易溶礦物的巖石，如石灰巖等，還要發生溶蝕作用。 59凌云書屋60凌云書屋3.6.5 影響海岸侵蝕作用的因素 原始海岸類型 其對侵蝕作用有很大影響，主要反映在侵蝕作用的強弱上。 構造運動 構造運動強烈的地區，侵蝕速度快于構造穩定區。61凌云書屋 氣候條件 氣候條件對海岸侵蝕作用的影響在不同的氣候區，風力的大小，風的持續時間，風向及其與岸線的交角不同，也會影響海岸侵蝕作用的強弱。 潮汐作用62凌云書屋3.7 水力侵蝕防治3.7.1 防治原則防治并重，治管結合；以小流域為單元綜合治理；坡溝兼治加強治坡；治理與開發相結合。63凌云書屋3.7.2 防治措施及布設防治措施分類

15、 工程措施、植物措施、農業措施和管理措施工程措施 坡面治理工程主要包括斜坡固定工程和梯田工程； 溝道治理工程主要包括溝頭防護工程和谷坊工程； 小型蓄水用水工程主要包括山坡截流溝、水窖和澇池等。64凌云書屋65凌云書屋66凌云書屋67凌云書屋植物措施 主要是各種水土保持林的建設，包括水源涵養林，護坡林，農田防護林，護岸林，薪炭林等農業措施 主要包括栽培技術、旱作農業技術和復合農林業技術等。 栽培技術主要有：輪作，間作，套種和混播技術等 旱作技術主要包括：抗旱作物品種的選用及抗旱保苗技術、坡地節水灌溉技術和徑流農業技術等。 復合農林業技術主要包括：林農復合模式、林農草輪作模式，林農間作套種模式，林牧系統，林魚系統等。68凌云書屋69凌云書屋70凌云書屋